Промышленное электропотребление и количественное описание электрического хозяйства

С 20-х годов было введено сохранившееся до 60-х годов подразделение промышленности на производство средств производства и производство предметов потребления, последнее считалось второстепенным и выпадало из рассмотрения в области промышленного электроснабжения (включая учеб­ники). Со второй половины XX века ситуация изменилась. Появились це­лые подотрасли, ориентированные на нужды населения (например, домост­роительные комбинаты, обеспечившие строительство «хрущевок»). Строились цеха так называемого ширпотреба, предназначенные, например, для выпуска гильз снарядов и мин, но выпускающие кастрюли и кружки. В результате диверсификации производства оборонка стала выпускать холо­дильники, пылесосы, электроплиты. С 90-х годов понятие «промышлен­ность» ценологически размывается появлением малых предприятий (даю­щих в развитых странах более половины валового внутреннего продукта), возникновением и развитием сферы услуг. Началось акционирование и дробление крупных предприятий (комбинатов) на юридически и производ­ственно самостоятельные единицы. Все это несколько изменило подход к электроснабжению, так как стало размытым само понятие «промышленный потребитель». Конечно, к проблеме электроснабжения нескольких потреби­телей, питающихся от ЗУР, 4УР, 5УР (см. рис. l.l) надо подходить ком­плексно. Раньше требовалось учитывать общий народнохозяйственный эф­фект. Но сейчас при наличии некоторого положительного результата от объединения потребитель, понесший большие затраты, по Гражданскому Кодексу РФ вправе требовать их компенсации. Но как это сделать в жест­кие сроки, отпущенные на принятие решения?

На практике решение проблем электроснабжения потребителя осуществля­ется на основе его возможностей и его условий. Необходимо, чтобы эти усло­вия не нарушали предельные требования директивных документов, особенно ПУЭ. Так, заказчик может потребовать третий ввод, где по ПУЭ следует два; проложить кабели одного сечения, так что отдельные из них будут недогруже­ны в 2 раза и более; соорудить отдельную секцию для субабонентов. Раньше подобное, со ссылкой на государственные интересы, запрещалось, как и, на­пример, прокладка кабелей с медными жилами в общепромышленных сетях и использование меди в жилищно-коммунальном секторе.

Очень специфично электроснабжение государственных и оборонных объ­ектов (до семи источников электропитания для одного объекта-потребителя); крупных банков, магазинов и торговых центров, представительств и офисов;

/. 4. Промышленное электропотребление

объектов культуры, науки, образования, медицины, спорта; элитного жилья и коттеджей. Системы электроснабжения могут содержать элементы ноу-хау и в целом или частично являться государственной или коммерческой тайной. Од­нако все многообразие объектов не с точки зрения субъекта электроэнергети­ки, а с позиций электроснабжения электрики можно классифицировать, опи­раясь на уровни системы электроснабжения (см. рис. 1.1.): участок — 2УР, отделение — ЗУР, цех — 4УР, производство — 5УР, предприятие в целом — 6УР. Тогда электроснабжение потребителей России (а их как абонентов до 45 млн) определится для общего случая уровнем, от которого они получают питание.

Разная масштабность и сложность электрического хозяйства потребителей предполагает различные решения по электроснабжению, а также организаци­онно-технические и экономические подходы к решению проблем их электро­обеспечения и электросбережения. Можно выделить следующие конкретные группы потребителей:

1) мини-потребитель, питающийся на низком напряжении со 2УР (-90% всех потребителей РФ) и не имеющий электрослужбы;

2) мелкий потребитель, имеющий трансформаторные (один трансформатор или несколько) подстанции с высшим напряжением 10 (6) кВ (около 9 %);

3) средний потребитель, имеющий распределительные подстанции и раз­витое электрохозяйство со своей электрослужбой (~0,9 %);

4) крупный потребитель, имеющий главную понизительную подстанцию (подстанции) с высшим напряжением 35—330 кВ и специализированные цеха (подразделения в составе электрослужб).

Предлагаемая классификация отличается от классификаций, основанных на величине потребляемой (расчетной) электрической мощности. Потому, что во-первых, в каждой отрасли «крупность» по площади, штатам, объему продукции и потребляемым ресурсам понимают различно; во-вторых, и вну­три отрасли следует считаться с территориальными и административными особенностями. Так, по нашей градации, предприятие с нагрузкой 30 МВт, питающееся на генераторном напряжении 10 кВ от одной и по 6 кВ от дру­гой ТЭЦ — среднее (что для металлургии совпадает с технологической гра­дацией, но для мясомолочной промышленности такое предприятие — круп­нейшее). Предприятие с нагрузкой 10 МВт (технологически — мелкое) следует отнести к крупным потребителям, если оно из-за удаленности от ис­точников питается на ПО (35) кВ, является градообразующим и осуществля­ет питание города.

Сложившаяся в стране структура потребления электроэнергии хозяйствен­ным комплексом и населением России приведена ниже, ТВтч:

1990 г. 2001 г. 2002 г.

Промышленность всего.................................... 529,3 364,3 361,8

в том числе:

нефтедобывающая........................................ 49,5 39,9 41,8

Глава 1 Электрическое хозяйство потребителей

нефтеперерабатывающая	14,4	10,7	12,2
газовая	11,5	7,9	7,4
угольная	13,7	8,7	8,2
черная металлургия	74,6	58,56	58,5
цветная металлургия	86,7	83,9	83,4
химическая и нефтехимическая	69,9	42,2	39,2
машиностроение и металлообработка	99,2	46,7	45,3
деревообрабатывающая и бумажная	29,3	19,8	20,0
стройматериалов	25,6	13,2	13,6
легкая	15,7	5,0	4,8
сельскохозяйственное производство	71,3	24,7	22,3
Транспорт и связь	98,5	66,2	70,9
Строительство	14,6	8,3	8,3
Население	77,1		101,8

Общая выработка электростанциями РФ в 2001 г составляла 875,8 ТВтч Анализ приведенных данных позволяет выделить наиболее энергоемкие от­расли и отметить изменение структуры потребления в 90-е годы Несомнен­ный рост электропотребления населением, — отражение рыночной тенденции совмещения производства и быта (электрическая мощность при этом не вы­ходит за пределы, обеспечиваемые напряжением 380/220 В, т е 2УР) Таких потребителей (абонентов) трудно отнести к населению, куда они попадают по государственной статистике, но нельзя отнести и к производству

От оценки места отрасли в промышленном электропотреблении и общей тенденции ее развития перейдем к конкретному количественному описанию электрического хозяйства для оценки его эффективности, для чего необходим анализ системы электроснабжения и структуры установленного оборудования Наиболее общий анализ можно выполнить на основе системы показателей

Электрическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой, с одной стороны, сложную систему со множеством взаи­мосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, организованных в подсистемы, с другой — сообщество слабосвязанных и слабовзаимодейству-ющих изделий (техноценоз), свойства которого начинает проявляться с опре­деленного количества элементов и степени сложности, точнее, с определен­ного уровня знания о нем

Описание (математическая модель) электрической части отрасли, предпри­ятия, производства, цеха, отделения, участка, отдельной единицы оборудова­ния как объекта проектирования можно реализовать через систему показате­лей (образов — графических, цифровых, таблично-текстовых) с соблюдением иерархии систем и выдержкой принципов целостности, автономности, допол­нительности (сложная система во взаимодействии со средой представляет раз­ные свойства в различных ситуациях), действия, начинающегося с порогово­го значения, неопределенности, выбора, структурированности (устойчивости структуры любого ценоза) и устойчивости развития

/ 4 Промышленное электропотребление

Оценим количественно электрическое хозяйство как систему на примере крупного метал­лургического комбината На нем установлено 101 тыс электрических машин средней мощ­ностью 50,1 кВт (эксплуатируется включая резерв 111711 шт, 48,4 кВт), в том числе до 100 кВт (подключаются к 2УР) 76,7 тыс, 10,4 кВт, трансформаторов I—Ш габаритов, практи чески соответствующих ЗУР, установлено 2626 шт средней мощностью 854 кВА, IV габарита и выше — 165 шт, 28500 кВА (5УР), высоковольтных выключателей — 6136 шт, шкафов и другого оборудования второго уровня около 10 тыс шт, низковольтной аппаратуры всех ви­дов — около 10 шт на один электродвигатель Такое количество элементов системы электро­снабжения не дает возможности изобразить полную схему электроснабжения завода Даже для 6УР и 5УР она может быть лишь упрощена (см с 58, рис 2 1 и 2 2) Общее количество изделий, узлов, деталей, образующих электрическое хозяйство крупных предприятий и ука­занных в какой-либо спецификации, оценивается в 10¹⁰ (общее количество, образующее предприятие в целом, 10") Это и есть техноценоз — сообщество изделий Для средних пред­приятий количество элементов меньше в 10 раз, для мелких — в 100 раз

Введем меру/взаимодействия элементов х множества X и через х, обозна­чим количество элементов, мера взаимодействия которых имеет наибольший порядок/(х) При количестве элементов х,,, мера взаимодействия которых на порядок ниже/(х,,), / = 1, 2,, п, может быть образована система S, состоя­щая из набора элементов х, + х₂ + + х_к + + х_п, где к < п, которая харак­теризуется функционалом

S = [fix,), f(x₂),, /(х„), х„ х₂,, х_й>] (1 2)

Изменяя порядок к, получаем различные системы Последовательно ис­пользуя системный анализ, можно выделить подсистемы электроснабжения, обслуживания и др Подсистемы имеют последовательно все большую вероят­ностно просчитываемую меру взаимодействия, и на каком-то этапе разделе­ния можно выделить жесткие однозначно по Максвеллу рассчитываемые эле­ктрические цепи электроснабжение завода в целом, электроснабжение на стороне ] 10 кВ, электроснабжение отдельного сооружения и далее до отдель­ного электроприемника

Но есть элементы х_;, которые попарно или множественно не взаимодейст­вуют связи и зависимости отсутствуют Есть х, такие, у которых взаимодейст­вие, определяемое/(х), как-будто или даже несомненно имеется Однако ап­парат математической статистики не подтверждает наличие связей коэффициент корреляции, в частности, не значим

Для целей прогнозирования развития электрического хозяйства и оценки эффективности использования электрической энергии нужны объективные критерии, основывающиеся на системе обобщающих показателей, которые позволяют оценить варианты проектных решений и уровень эксплуатации электрического хозяйства В условиях рынка принятие решений все в боль­шей мере основывается на решениях, принимаемых на более высокой ступе­ни иерархии В инвестиционном проектировании это предпроектные стадии (см гл 19), в частности стадия обоснования инвестиций Но и в момент при-

Глава I. Электрическое хозяйство потребителей

нятия решения на /-м уровне иерархии полных электрических данных по эле­ментам получить нельзя из-за их практической бесконечности (счетности) и из-за множества данных по каждому из элементов, которых, строго говоря, требуют теоретические основы электротехники для расчета электрических на­грузок, переходных режимов. Необходимость принятия решения сверху-вниз не зависит от неполноты и неопределенности исходной информации, от не­согласованности технологических требований, сроков строительства, выделя­емых ресурсов, от противоречивости отдельных норм и др.

Счетным множеством называют множество, которое приводится во взаим­но однозначное соответствие множеству натуральных чисел (целых положи­тельных чисел) N = {1, 2,...}. Назовем практически счетным такое множество N_lt число элементов которого к моменту принятия решения точно не может быть определено, но может быть предложена система нумерации, обозначе­ний. Тогда для целей курса применима теория множеств и строго можно за­писать

N, = N, - а = N, + а, (1.3)

т. е. добавление или исключение конечного числа элементов а не меняет мощности практически счетного множества.

Этим положением интуитивно руководствуются инженеры: добавление или исключение некоторого числа элементов не меняет технического решения, например, изменение нескольких электроприемников на 1УР не меняет схе­му электроснабжения, расчетную нагрузку, не требует индексации заказных спецификаций, корректировки кабельных трасс, смет. Может возникнуть во­прос о числе элементов, начиная с которого следует учитывать практическую счетность. Это в определенной степени связано с природой элемента. Устой­чивость гиперболического Я-распределения структуры электрического хозяй­ства как техноценоза обнаруживается при числе элементов 100—200. Полно­стью свойства ценоза выражены при 1000—1200 элементах (применительно к электродвигателям 1УР), представленных 50-200 видами (типоразмерами).

Другими словами, пользуясь законом Ома (1.1), можно рассчитать ток к любому приемнику, но если их сотни и каждый взаимодействует с другими слабо (корреляционно не значимо), то закон Ома просто не применим для множества. Тогда следует обратиться к теории вероятности или к Я-моделям. Любое изучение может быть сколь угодно глубоким и широким: обнаружива­ются все новые зависимости, которые на 10—20 %, а то и кардинально, могут изменить результаты. Например, расчетная нагрузка электродвигателя опреде­ляется технологическим режимом (зависящим от множества факторов), КПД и коэффициентом мощности (которые зависят от режима, изношенности и др.), законом распределения, отклонениями частоты и напряжения, циклич­ностью, температурой окружающей среды, условиями вентиляции, состояни­ем с обслуживанием и др. Например, крупный комбинат выплавляет сталь 250 марок и выпускает прокат 1000 профилеразмеров, изменяющих загрузку

1.4. Промышленное электропотребление

Прогнозы (долгосрочные, среднесрочные, краткосрочные). Оценка прогноза. Принятие решений о значении показателей

Технико-экономические показатели электрического хозяйства, корреляционно и функционально связанные с основными показателями (электрическими, технологическими, стоимостными и другими), набор которых определяется поставленной целью и применяемой моделью

S

ь

OS

S

о.

Р Й

Показатели системы электроснабжения (сведения по составу оборудования, протяженности сетей, количеству ГПП, РП, ТП; стоимости основных производственных фондов, потери, затраты и т.п.)

Показатели электрооборудования промышленного предприятия

Электрические показатели технологического агрегата

Показатели электрооборудования /'-го цеха (состав оборудования, цеховые подстанции,распределение электроэнергии, освещение и т.д.)

Й

L

Показатели системы обслуживания (основные и вспомогательные критерии, объемы электроремонта, численность электротехнического персонала)

Показатели цеха сетей и подстанций

Гг

Показатели электро­ремонтного цеха

П__ и

Показатели цеха

оперативного электро­ремонта

П

Показатели центральной электро­технической лаборатории

Рис. 1.3. Структура системы показателей электрического хозяйства крупного промышленного предприятия

основной технологической линии, стан 450 катает профиль «50» с удельными расходами А_ув= 100 кВтч/т, а квадрат «60» — А_ул= 54 кВтч/т. Очевидно, что практически нельзя выполнить все измерения или просчитать все возможные сочетания.

Практическая счетность множества элементов, образующих электрическое хозяйство, неисчерпаемость каждого элемента вглубь и вширь делают необхо­димым системное описание, опирающееся на иерархическую систему показа­телей (рис. 1.3). При выполнении проектов величину электрических показате-

Глава 1 Электрическое хозяйство потребителей

лей (соответствующих уровням системы электроснабжения, объектам и стади­ям проектирования) можно прогнозировать, а для действующих предприятий возможна реализация показателя из множества значений (проектных вариан­тов).

Система технико-экономических показателей определена основными элект­рическими показателями, которые описывают электрическое хозяйство по 6УР системы электроснабжения. К ним относятся: P_majl — получасовой макси­мум нагрузки, МВт; К_с — коэффициент спроса — отношение максимальной нагрузки к установленной мощности электроприемников по заводу (Р, МВт); Т — годовое число часов использования максимума, (ч) — отношение годо­вого расхода электроэнергии (А, МВтч) по предприятию к максимальной на­грузке, Д — количество установленных электродвигателей, шт.; Р — средняя мощность электродвигателей(условный электродвигатель), кВт; А_т — элект­ровооруженность труда (годовое потребление электроэнергии, приходящееся на одного трудящегося), МВтч/чел; A_s — производительность электротехниче­ского персонала (годовое потребление электроэнергии, приходящееся на од­ного электрика, МВтч/чел).

Основные показатели функционально определяют ряд других показателей

Основные показатели:

— получасовой максимум нагрузки Р_тлх (МВт),

— коэффициент спроса К_с (отн. ед.),

— годовое число часов использования максимальной нагрузки Г_П1лх (ч);

— количество установленных электродвигателей Д (шт.);

— средняя мощность электродвигателя Р (условный электродвигатель, кВт),

— электровооруженность труда А_Т (МВтч/чел);

— производительность труда электротехнического персонала А₃ (МВтч/чел) Определяемые показатели:

— общее электропотребление А (ГВтч);

— средняя потребляемая предприятием мощность Р (МВт);

— установленная мощность электроприемников предприятия Р_у (МВт);

— мощность установленных вращающихся электрических машин (двигате­
лей) Р_ю (МВт);

Коэффициенты (отн. ед.):

использования активной мощности предприятия К_н;

максимума активной мощности К_м;

заполнения графика нагрузки по активной мощности К₃,

технологической нагрузки К_г

Соотношения между показателями: А = Р_пиуТ_тп, Р^= /4/8760, К^= P_mJP_r

р= р_т/д, к_н=р_с/р_у, к_м= p_mjp_L, к= T_nJmo = p_Q/p_mM, к₁=р_у/р_а, '

Значения основных показателей для некоторых предприятий приведено ниже:

Р,„_а К Т_ша Д /»_1р Л А>
Металлургический комбинат 336 0,19 7949 53 014 30,6 99,0 830

Завод сельхозмашин 68,5 0,14 4094 43 964 7,8 12,8 202

/ 4 Промышленное электропотребление

Нефтеперерабатывающий завод Завод кормовых дрожжей Завод искусственного волокна

64,3	0,28			53,9	242.3
55,7	0,27			62,6	439,6
44,9	0,21		12 347	11,0	51 3

На числовой оси каждый показатель изображается точкой, а все вместе ос­новные показатели образуют многомерное пространство

{/'„х^хЬДх^х^хЛз),

(14)

определяющее электрическое хозяйство как систему.

Представив (1 4) в виде матрицы {/>}, можно сравнивать различные пред­приятия между собой, применив теорию распознавания образов, кластер и технический анализ, профессионально-логические методы и экспертные сис­темы Электрические показатели при создании информационного банка

W₆ = {А} х {Р} х{В} х {С} * {П}

(15)

перегруппировываются соответственно на матрицы (удельных и общих расхо­дов электроэнергии {А}; электрических данных, относящихся к системе элек­троснабжения {Р}, количества электрооборудования {В}, стоимостей и штатов {С}; проектных данных {Я}). В банк помещают и матрицу (Л/) технологичес­ких показателей.

Для представления об электрике современного промышленного предприя­тия рассмотрим сведения (на начало века) по показателям и составу электро­оборудования одного, не самого крупного, завода, характеризующегося Р_тк = 336 МВт, Т_тп = 8247 ч, К_с= 0,19 о.е, Р = 35,6 кВт (электродвигателя)-

	Число, шт	Мощность, МВт(МВА)
Электрические машины (всего)		2113,7
переменного тока до 100 кВт		621,6
то же свыше 100 кВт		972,1
постоянного тока до 100 кВт		65,9
то же свыше 100 кВт		454,0
Трансформаторы
силовые габаритов
1-111		(1338,74)
1V-VI		(1677.8)
электропечные		(72,3)
Преобразователи полупроводниковые (всего)		-
Сварочное электрооборудование (всего)		(67,9)
Выключатели силовые на напряжение, кВ
3-10		-
35 и выше		-
Шкафы и ячейки КРУ (всего)		-

Глава 1. Электрическое хозяйство потребителей

Воздушные линии:

всего.................................................... 213 (км) -

до 1 кВ................................................ 158,8 (км)

Кабели (всего):

силовые............................................... 7257,63 (км) -

контрольные........................................ 10357,3 (км) -

Если электрическое хозяйство или его часть выделены как система (1.2) и описаны (1.5), то для принятия решений по электроснабжению и для опти­мизации электрическое хозяйство описывают с помощью трех классов моде­лей: 1) агрегативные; 2) экономико-математические; 3) техноценологические.

В условиях проектирования общее электропотребление А находят, как пра­вило, для предприятия и производств (цехов) в целом и определяют вместе с Р_тах условия присоединения к энергосистеме. Значение Р_тах рассчитывают для всех уровней системы электроснабжения, начиная от группы электроприем­ников, цеховой ТП и т. д. до предприятия в целом. Поскольку при проекти­ровании Р_тзх устанавливают для каждого уровня системы электроснабжения на основании расчетов, в соответствии со сложившейся терминологией этот показатель называют расчетной нагрузкой. Для действующих предприятий Р_тт указывают в договоре на пользование электроэнергией и называют заяв­ленным (договорным) Р_3{тах), а при контроле параметров электропотребления определяют его фактическое значение Р_ф(тах)-

Число часов использования максимума нагрузки определяют по аналогии с энергосистемами. Если показатель Т_тт находят для действующего предпри­ятия, то А и Р_тах берут с учетом собственных нужд, потерь в сетях, трансфор­маторах и преобразователях. В задачах по электроснабжению Т_тах также ис­пользуют для вычисления потерь электроэнергии (через время максимальных потерь т) в элементах системы электроснабжения (питающих ЛЭП, трансфор­маторах ГПП), а также для оценки неравномерности режимов потребления электроэнергии.

Коэффициент спроса определяют через Р_тях и Р_у. При этом под Р_у пони­мается установленная мощность электроприемников, т. е. сумма их номи­нальных (паспортных) активных мощностей. Значения коэффициента спроса К_с для различных групп электроприемников, производств и предприятий в це­лом разных отраслей промышленности принимают при проектировании по справочным материалам. Установленная мощность электроприемников пред­приятия может быть определена по отчетным данным.

Показатели Д и Р (условный электродвигатель) — основные критерии, по которым определяют электроремонтную базу и систему обслуживания элект­рического хозяйства, включая численность электротехнического персонала. Электровооруженность труда зависит от среднесписочной фактической чис­ленности промышленно-производственного персонала за отчетный год. Необ­ходимость максимального использования электрооборудования, применение электроэнергии в технологических процессах обусловливают целесообраз-

1.4. Промышленное электропотребление 49

ность оценки производительности труда электротехнического персонала со­гласно электрическим показателям, а не по штатному коэффициенту, полу­чившему широкое распространение на электростанциях.

Опыт применения системы электрических показателей позволяет выделить ряд общих свойств в формировании и развитии электрического хозяйства предприятий:

1. Электрическое хозяйство является устойчивой системой, что означает прогнозируемое изменение показателей во времени. Существует постоянство структуры установленного электрооборудования как некоторое свойство тех-ноценоза. Изменение численных значений электрических показателей (А, Р_тт, Д, Р_у) во времени и наличие закономерностей этих изменений позволя­ют прогнозировать развитие предприятия.

2. Оптимальное значение каждого из показателей для различных предпри­ятий указать теоретически не представляется возможным из-за индивидуаль­ности каждого системного объекта. Создание информационной базы данных по электрическому хозяйству предприятий позволяет установить диапазон из­менения показателей и выявить особенности технологии и электроснабжения, присущие данному предприятию.

3. Низкие фактические значения коэффициента использования К_И и высо­кие значения коэффициента максимума К_м наблюдаются практически на всех промышленных предприятиях независимо от отрасли промышленности. Фак­тические значения коэффициента спроса К_с оказались вдвое ниже проектных, принимаемых при расчете электрических нагрузок.

Превращение электрического хозяйства в сложную систему и оптимизация его построения и функционирования требуют адекватных математических мо­делей, восходящих к кибернетике, системотехнике и системологии, к теории нечетких множеств, прогнозирования и катастроф. Этот аппарат не укладыва­ется в рамки понятий, обычно применяемых в курсе электроснабжения. Ни­же поясним основные модели, а также лежащие в их основе постулаты. Агре­гат как система задается формальным пространством

S = {Т, X, Г, У, Z, H, G, В}, (1.6)

где Т — множество рассматриваемых моментов времени t e T; х е X — вход­ной, у е Y— выходной, g е Г— управляющий сигналы; z е Z — состояние; Я и G — операторы переходов и выходов, реализующих z (0 и у (t); В — про­странство параметров агрегата в е В. По существу агрегат есть «черный ящик», а траектория его «движения» во времени и есть развитие электричес­кого хозяйства. Разница между тем, что мы проектируем, и фактической тра­екторией характеризует ошибку.

Агрегативный подход реализуется следующим образом. Требуется получить электрические показатели на 6УР, 5УР, 4УР (стоимости, штаты и др.) Р = у (t) при заданных технологических показателях М = х (t). Тогда из множества по­казателей W₆, хранящихся в информационном банке (1.5) или известных спе-

Глава 1. Электрическое хозяйство потребителей

циалисту электрику, инвестор (заказчик) или руководитель эксплуатацион­щик определяет множество {Р}, наиболее соответствующее заданным [М] и времени. Проектировщик, выполняя заказ и осуществляя профессионально-логический анализ, задает управляющие сигналы, воздействуя на состояние (1.6), меняет параметры и принимает оптимальное решение.

Экономико-математические модели — широкий класс моделей, применя­ющихся для описания электрического хозяйства. Эти модели тесно перепле­лись с методами оптимизации, их трудно отделить от исследования операций, кибернетики. Экономико-математические модели — это исследование формы (не обязательно выпуклой) некоторого множества (не обязательно плотного) в пространстве определенной проектировщиком размерности (см. гл. 19). За­дача сводится к определению предпочтительной области (точки), когда накла­дываются, например, ограничения Парето.

Третий класс моделей отражает ценологическое научное направление. Ис­следования основаны на утверждении: любые два элемента, режима, состоя­ния системы электроснабжения считаются одинаковыми (одного вида) или различными. Электрическое хозяйство рассматривается состоящим из случай­но попавших в него элементов (штук-особей), как своеобразное сообщество изделий (техноценоз), образованное из практически счетного количества сла­бо связанных и слабо взаимодействующих изделий в условиях дефицита ре­сурсов.

Главным результатом ценологического подхода можно считать обнаруже­ние широкого класса явлений, для которых отсутствует математическое ожи­дание, а дисперсия теоретически бесконечна (см. раздел 2.3). Явление имеет место всегда при наличии реальности. Поэтому при проектировании для лю­бого завода нельзя использовать средние удельные расходы электроэнергии, средние стоимости, среднее количество электрооборудования и кабельной продукции.

Все три класса моделей действуют, по-видимому, от ЗУР и выше, без яв­ного использования законов Максвелла, Ома, Кирхгофа и других законов классической электротехники, действующие на 2УР, 1УР. Поэтому следует основываться на следующих допущениях.

1. Электрическое хозяйство W z> Месть целое, обладающее количествен­ными характеристиками, которые не сводятся к суммированию элементов и их свойств и е W. Знание об этом целом не может быть получено на основе исследования и описания свойств отдельных элементов или цепей, составлен­ных из них.

2. Электрическое хозяйство Сможет быть описано иерархически системой показателей W₀, из которых могут быть выбраны показатели, необходимые и достаточные для принятия человеком решения в условиях неопределенной информации и дефицита времени.

3. Процесс принятия управляющего, в том числе и проектного, решения неформализуем и должен осуществляться на основе профессионально-логиче­ского анализа в экспертном режиме. Решения должны опираться на устойчи-

/. 4. Промышленное электропотребление 51

вость развития электрического хозяйства (вероятностная картина) и на устой­чивость его структуры (ценологические ограничения).

Необходимо осмыслить тот факт, что часть и целое «одинаковы» (равно-мощны), что вычитание или прибавление конечной величины не меняет ре­зультата, что основная часть процессов и структур, с которыми имеет дело проектировщик, не имеет математического ожидания (среднее не имеет смыс­ла), а ошибка может быть теоретически сколь угодно большой (дисперсия стремится к бесконечности).

Любой проектируемый объект при иерархическом делении моделируется иерархической системой показателей: отрасль, предприятие,..., рольганговый двигатель, подшипник. Технолог-проектировщик определяет основные техни­ческие решения на уровне цеха, отделения, сооружения и оперирует системой показателей (параметров, признаков), схемами, упрощенными планами. Можно выделить к признаков R для предприятия /' из общего количества су­ществующих признаков W, Rf e W. Если каждый признак — точка на оси признака, то геометрически п/?* можно представить как некоторую область в многомерном пространстве. Эта область — образ проектируемого объекта, компьютерно воспроизводимого. Если задать эталон (объект-аналог, желае­мый объект) /J* е W, то можно осуществить сравнение по заданным проекти­ровщиком критериям в пределах возможного изменения (1.5).

В результате устраняется субъективизм и договариваться следует не о вы­боре аналога, а о показателях, которые существенны. Компьютер, определив

П

область D(F) =T,d(nRj^c R^\ -> min, рекомендует тем самым аналог.

Вопросы для самопроверки

1. Попытайтесь выделить электрику известных Вам объектов и оценить ее гра­ницы и относительную стоимость.

2. Укажите объективные стороны электрики, которые требуют решений, осно­ванных на строгих законах электротехники, и творческих решений, опирающихся на интуицию, общую культуру и информационно- технические образы-знания.

3. Что такое электроприемник, потребитель, система электроснабжения?

4. Укажите качественные различия: 1) между электроустановками как изделия­ми (сооружениями), созданными по классическим законам физики — электротех­ники, механики, сопромата и др.; 2) между электрическими хозяйствами промыш­ленных предприятий; 3) между энергосистемами как производителями, так и продавцами электрической энергии.

5. Что такое подстанция, ТП, КТП, РУ, РП, ЦРП, ГРУ, ОРУ, ЗРУ, КРУ, ЩСУ, ШР, УРП, ГПП, ПГВ, ОП?

6. Поясните особенности каждого из уровней системы электроснабжения.

7. Конкретизируйте технические условия при питании предприятия от любого из уровней системы электроснабжения.

Глава 1. Электрическое хозяйство потребителей

8. Как подразделяются электроустановки по величине напряжения, режиму
нейтрали, роду тока и частоте?

9. Охарактеризуйте каждый из уровней системы электроснабжения, укажите ко­
личество элементов и интервалы передаваемой мощности.

10. Рассмотрите особенности графического изображения схем и планов элект­роснабжения применительно к каждому из уровней системы электроснабжения.

11. Классифицируйте промышленные предприятия по величине электрической нагрузки и условиям подключения к соответствующему уровню системы электро­снабжения.

12. Поясните необходимость категорирования электроприемников по различи­ям их электроснабжения и его надежности.

13. Напишите формулы, определяющие основные и вспомогательные электричес­кие показатели.

14. Какие объективные стороны отражают модели системного описания элект­рического хозяйства?

15. Сравните фундаментальные постулаты, определяющие электроснабжение как науку, и постулаты классической физики.

2.1. Потребители электрической энергии

Дата добавления: 2015-07-17